Logaritmicky mW-metr do 500MHz

S malými náklady lze realizovat mW-metr, který je schopen měřit výkon v dynamické oblasti 90 dB. Což znamená od 1 nW do 1 W. S pokrytím celého pásma radioamatérských kmitočtů od krátkých vln, přes 2m a 70cm pásmo do frekvence 500 MHz. Se sníženou přesností až k hranici 900 MHz. Přístroje tohoto typu se v profi provedení pohybují v relacích desetitisíce korun a tento přístroj nám plně postačí.

Základní technické údaje:

rozsah měření: -60dBm až +30dBm (1nW až 1W)

dynamický rozsah: 90 dB

frekvenční rozsah: 20 Hz až 500 MHz

vstupní impedance: 50 Ohm

napájení: 12 V / 15mA

Popis obvodu:

Základem celého zapojení je obvod AD 8307 což je univerzální zesilovač a detekční obvod, doplněný širokopásmovým miliwatmetrem, který je charakterizován zajímavou variantou kompenzace frekvence. Podle katalogových hodnot je obvod schopen pracovat do frekvence 500MHz v dynamickém rozsahu 90 dB. To platí pro vstupní úroveň +17dBm až -75dBm. Při omezené přesnosti je možno obvod použít až do frekvence cca. 900 MHz. Se vzrůstajícím kmitočtem se snižuje indikované napětí. K tomu patří křivky zobrazené jako frekvence na obr. 3. Někoho může zaujmout neobvyklá konstrukce logaritmické indikace. Ale má to své výhody, protože indikace - 60dBm do + 30dBm, vede k enormně širokému indikačnímu pásmu bez přepínání rozsahů ve spojení s vysokou citlivostí až do hodnot nanowatů! Vysokoohmový výstup obvodu AD 8307 (pin 4) vykazuje v uvedeném obvodu strmost 20mV/dB za ním je připojen dvojnásobný operační zesilovač LM 358. Pomocí dvou zpětnovazebních odporů R3 a R4 jsou tak k dispozici dva výstupy 50mV/dB nebo 100mV/dB. Trimr RP1 ovlivňuje linearitu zatímco trimrem RP2 se nastavuje vstupní výkon, který je závisly na frekvenci. Porovnání máme na obrázku 3. U takovéhoto širokopásmového mW-metru je kompenzace kmitočtu nutná! Tabulka č.1. nám ukazuje výstupní napětí v závislosti na vstupním výkonu po vyladění.

Vlastní konstrukce:

Přístroj je zkonstruován na oboustrané desce plošných spojů rozměrů 54 x 72 mm. Celý modul doporučujeme vestavět do pocínované krabičky. Na vstup umístit konektor BNC a pro vývody + 12V a výstupy 50 a 100mV/dB použít průchodkové kondenzátory 1nF. Na desku plošných spojů budeme nejprve osazovat pasivní prvky poté aktivní prvky a jako poslední zapájíme obvod AD 8307. S ohledem na frekvenci 500 MHz doporučujeme nepoužívat patice, zapájejte obvod přímo na desku! Ještě než zapájíte poslední IO zkontrolujte si napájecí napětí za stabilizátorem, musí tam být 5V! Trimr RP2 je desetiotáčkový a je vyveden na přední panel. V našich podmínkách jsme se rozhodli pro variantu s izostaty, kterými přepínáme základní rozsahy (KV, 145 a 433 Mhz). Vývody jsou přes průchodkové kondenzátory 1nF.

Uvedení do provozu:

Po připojení napájecího napětí 12V a vstupního signálu např. 0dBm (1mW) musí oba výstupy okamžitě ukazovat na připojeném měřícím přístroji nějakou výchylku. S trimrem 10k označeným jako RP1 můžeme nastavit linearitu celého přístroje. Rozdíl mezi napětím měřeným na výstupu mVdB mezi libovolnými testovacím signálem a signálem sníženým o 10dB musí být 1V. Nejjednodušším způsobem je možné provést sladění pomocí spínacího útlumového článku. Přičemž absolutní hodnota indikovaného napětí nemá žádný význam. Relevantní je pouze nastavitená diference jednoho voltu mezi oběma měřenými úrovněmi. Nakonec se dostáváme k nastavení vsupního signálu u daného testovaného signálu o úrovni 0 dBm. Na výstupu 100mV/dB se pomocí trimru RP1 nastaví 7.0V. Toto nastavení je přesné pouze pro jednu frekvenci. Podle obrázku č.3. vyplyne rozdíl 1dB na 100 MHz což odpovídá 100mV na stejném výstupu. Byla-li provedena kalibrace na 100 MHz, musí tak být při frekvenci 200 MHz nastavena hodnota na trimru RP2 tak, aby výstupní napětí bylo 7.1V, dále hodnota pro 0 Hz je tedy 6.9V. Veškeré nastavené hodnoty pro RP2 jsou v tabulce č.2. V oblasti KV je frekvenční chyba zanedbatelná. Spíše se dopustíme chyb při odečítání ze stupnice. Tímto postupem je celý přístroj nastaven a připraven k měření. Logaritmický detektor teď měří výkony v rozmezí +30dBm a -60dBm dle tabulky 1. Naměřená hodnota +30dBm (1W) odpovídá napětí 10V na výstupu 100mV/dB.

Závěr:

Takto jednoduše zkonstruovaný přístroj se hodí pro měření od nf až do oblasti UHF. Celý přístroj umístíme do chasis spolu se síťovým zdrojem nebo bateriemi. Na předním panelu bude umístěn konektor BNC pro vstup, izostaty pro přepínání citlivostí pro dané frekvence a vypínač napájecího napětí. Celý přístroj nezapomeneme opatřit popiskami všech ovládacích prvků a popisem přístroje. Srdcem mW-metru je obvod AD 8307, který u nás není normálně k dostání. Proto si Vám dovolujeme nabídnout sadu pro zkonstruování tohoto špičkového měřícího přístroje, který určitě nesmí chybět ve vašem schacku. Sada obsahuje desku plošných spojů, obvod AD 8307, všechny ostatní IO, síťové trafo s usměrňovačem a soupravu isostatů. Ostatní součástky jsou v běžné prodejní síti popř. v šuplíkových zásobách. V případě zájmu volejte tel.č. 02 / 6881568 popř. 0603 / 410812.

Bezchybný provoz a maximální spokojenost se zařízením přeje:

David OK1TDU.

Tabulka č.1.